[發明專利]一種抑制G?rtler渦二次失穩的裝置及方法及存儲介質

有效

• 申請號: 202111230441.7
• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN113704895B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 黃剛雷;陳曦;陳堅強;袁先旭;涂國華
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權

本發明涉及流體力學領域，公開了一種抑制G?rtler渦二次失穩的裝置及方法及存儲介質。本裝置包括：用于形成G?rtler渦的曲面實驗模型，所述曲面實驗模型包括平面部分和曲面部分，所述曲面部分出現G?rtler渦二次失穩對應的位置處設置有用于抑制G?rtler渦二次失穩模態增長的溝槽，且所述溝槽順著流體的流向布置，直至曲面實驗模型的末端。本發明通過在曲面實驗模型后半部分布置流向溝槽，可以實現抑制高超聲速曲面邊界層G?rtler渦二次失穩模態增長，進而達到推遲高超聲速曲面邊界層轉捩的目的。

技術領域

本發明涉及流體力學領域，尤其涉及一種抑制G?rtler渦二次失穩的裝置及方法及存儲介質。

背景技術

當流體流過凹面時，由于離心力與法向壓力梯度之間的不平衡，容易出現離心力不穩定性，形成對卷的流向渦。當出現 G?rtler 不穩定性時，由于形成對卷的流向渦，邊界層內存在上噴（upwash）和下掃（downwash）的區域。在上噴區域，貼近壁面的低動量流體背向壁面運動，被拋向邊界層的外緣，邊界層變厚，形成低速條帶區；在下掃區域，邊界層邊緣的高動量流體流向壁面，邊界層變薄，形成高速條帶。當G?rtler渦幅值超過一定閾值時，低速條帶區容易出現二次失穩，導致條帶發生擺動以及破碎形成湍流。

針對高超聲速邊界層中G?rtler渦的研究主要通過理論和計算進行，相關的實驗研究很少。在現有技術中還沒有發現針對控制高超聲速邊界層中G?rtler渦的二次失穩過程的研究。對于平板和圓錐，一般使用壁面加熱、冷卻或者多孔壁面控制高超聲速邊界層轉捩過程，但是加熱和冷卻這些手段需要額外地增加設備，消耗能源，增加控制成本，并且這兩種手段對轉捩控制的效果不是十分理想，很難具有普適性。而多孔壁面主要通過抑制第二模態聲擾動的方式實現對高超聲速邊界層轉捩的控制，其對高超聲速曲面邊界層中G?rtler渦以及G?rtler渦二次失穩過程是否具有抑制作用還沒有相關的研究。由于G?rtler渦屬于渦擾動，并且G?rtler渦的二次失穩模態的擾動主要集中在靠近邊界層外緣的部分，而多空壁面對聲擾動以及靠近壁面附近的擾動的控制效果比較好，所以多空壁面很難實現對高超聲速曲面邊界層G?rtler渦以及二次失穩過程的控制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對高超聲速曲面邊界層形成對卷G?rtler渦引起轉捩的問題，提出了一種使用流向溝槽抑制的G?rtler渦二次失穩方法，從而達到推遲轉捩的目的。

本發明采用的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種抑制G?rtler渦二次失穩的裝置，包括：用于形成G?rtler渦的曲面實驗模型，所述曲面實驗模型包括平面部分和曲面部分，所述曲面部分出現G?rtler渦二次失穩對應的位置處設置有用于抑制G?rtler渦二次失穩模態增長的溝槽，且所述溝槽順著流體的流向布置，直至曲面實驗模型的末端。

在曲面實驗模型上設置的溝槽可以抑制高超聲速曲面邊界層G?rtler渦二次失穩模態增長，進而達到推遲高超聲速曲面邊界層轉捩的目的。

進一步地，所述溝槽的展向波長為2-5mm，所述溝槽的深度為1-3mm；其中，所述溝槽的展向波長優選為3mm；所述溝槽的深度優選為2mm。

進一步地，所述曲面實驗模型選用不銹鋼或者塑料制成。

進一步地，所述溝槽采用銑刀或者車床或者3D打印的方式設置在所述曲面模型上。

第二方面，本發明提供一種抑制G?rtler渦二次失穩的方法，包括：

將曲面實驗模型放置在流體中，流體經過曲面實驗模型后，在曲面實驗模型上形成G?rtler渦；

當曲面實驗模型上的G?rtler渦出現二次失穩時，在G?rtler渦出現二次失穩對應的曲面實驗模型上的位置設置向后延伸的溝槽，并將溝槽順著流體的流向設置。